1.2　表面活性与表面活性剂

世界上的物质都是由分子组成的，任何一个分子都会受到来自周围分子的吸引力，即范德华引力。图1-1显示了液体表面分子和体相内部分子的受力情况。处于液体内部的分子，各方向都受到相邻分子对它的吸引力，相互抵消，所受合力为零。而处于液体表面的分子，由于气相中分子浓度很低，对液体表面分子的吸引力很小甚至可以忽略不计，而使它们受到一个指向液体内部的净拉力。由于这个净拉力的存在，使液体表面分子尽可能地离开表面进入液体内部，从而使液体表面具有张力，宏观上表现为液体有自发收缩的趋势。这种使液体表面自动收缩的力即为表面张力（surface tension）。

图1-1　液体内部分子和表面分子的受力情况

表面张力是液体固有的基本物理性质之一，任何液体，在一定温度和压力下，表面张力是一个恒定的数值，如在20℃下，水的表面张力为72.8mN/m，液体石蜡为33.1mN/m，乙醚为17.1mN/m。

溶液与纯液体不同，通常含有溶剂和溶质两种不同的分子，溶质的性质和浓度不同，溶液的表面张力也有所差异。图1-2是几种不同类型的物质水溶液的表面张力随浓度的变化曲线。

图1-2　不同物质水溶液的表面张力随浓度的变化曲线

第一类是溶液的表面张力随溶质浓度的增大而稍有上升，且近于直线（曲线3），属于这类的物质包括无机盐（如氯化钠、硫酸钠、硝酸钾、氯化铵等），不挥发性无机酸（如硫酸）、碱（如氢氧化钾、氢氧化钠等），以及多羟基有机物（如蔗糖、甘露醇等）。

第二类是溶液的表面张力随溶质浓度的增大而逐渐降低（曲线2），属于这类的物质主要是低分子量的极性有机物，如醇、醛、酮、羧酸、酯和醚等。

第三类是在浓度较低时，溶液的表面张力随溶质浓度的增大而急剧降低，当溶液的浓度达到一定值后，溶液的表面张力随溶质浓度的变化很小甚至不变，有时溶质中含有某些杂质时，可能出现表面张力最低值（曲线1）。属于这类的物质一般为长碳链（8个碳原子以上）的羧酸盐、磺酸盐、硫酸酯盐和季铵盐等，如肥皂、十二烷基硫酸盐、十二烷基苯磺酸盐等。

上述第一类物质无表面活性，称为非表面活性物质。第二、第三类物质能使溶液的表面张力降低，具有表面活性，属于表面活性物质。但是这两类物质的表面活性又有差别，通常将第三类物质称为表面活性剂（surface active agents，surfactants），即在水中加入很少量时就能显著降低水的表面张力，改变体系的界面状态，从而产生润湿、增溶、乳化、泡沫、洗涤等作用。第二类物质不具备这些性质。